DE3000506A1

DE3000506A1 - Verfahren zur herstellung eines rippenrohrs

Info

Publication number: DE3000506A1
Application number: DE19803000506
Authority: DE
Inventors: Theodore C Carnavos; Walter J Golymbieski
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1980-08-14
Also published as: GB2041795B; JPS5849337B2; CA1123587A; JPS55106622A; GB2041795A; US4216575A; DE3000506C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohres für verschiedene Anwendungen und insbesondere die Bildung gerippter Rohre zur Verwendung bei der Herstellung von Elektromotor-Kommutatoren.

Es ist allgemein bekannt, Rohre mit inneren Rippen zur Verbesserung der Wärmeübertragungseigenschaften der Rohre und für andere Anwendungen auszustatten. Solche Rippen weisen normalerweise ein rechtwinkeliges Profil auf. Das rechtwinkelige Profil ist jedoch nicht immer akzeptabel und es ist häufig erforderlich, die Rippen in eine geeignetere Gestaltung umzuformen. Eine spezielle Anwendung ist beispielsweise die Herstellung eines Elektomotor-Kommutators, wobei ein Rippenrohrabschnitt zusammen mit einer Wellenhülse in eine Form eingebracht und dann zwischen die Wellenhülse und das Rohr unter Hitze und Druck Kunststoffmaterial eingespritzt wird, um die Rippen im Kunststoffmaterial zu verankern. Das Rohr wird danach in Längsrichtung zwischen den Rippen zerschnitten, um die Kommutatorstäbe voneinander elektrisch zu isolieren. Bisher war es üblich, die Rippen mit verschiedenen Vorsprüngen zu formen oder die Rippen zu deformieren, um einen Anker zu bilden, um das Lösen der Kommutatorstäbe insbesondere bei modernen Hochgeschwindigkeits-Universalmotoren, bei denen die Kommutatorstäbe sehr hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, zu verhindern. Ein spezielles Verfahren zur Nachformung der Rippen ist in US-PS 3 987 539 beschrieben. Dabei wird ein Dorn verwendet, der an seiner Außenoberfläche eine Anzahl von Formungsflächen aufweist, die sich progressiv von einem scharfen Profil am Vorderende des Dorns in ein im wesentlichen ebenes Profil am hinteren oder nacheilenden Ende verändern. Der Nachformungsvorgang wird an einzelnen Kommutatorrohren geringer Länge (ein paarmal die Länge des endgültigen Kommutators) durchgeführt. Bei diesem Verfahren erfordern die kurzen Kommutatorrohre ein sehr hohes Maß an Dimensions-Toleranzstabilität, um die rechteckigen Rippenspitzen genau zu formen, da andernfalls eine große Anzahl von fehlerhaften Stücken entsteht.

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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Rippenrohr zu schaffen, bei dem die Rippen leicht und mit einer geringen Menge an fehlerhaften Stücken in eine gewünschte Gestalt nachgeformt werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Rohr mit einer Vielzahl von inneren Längsrippen geformt, die eine V-Kerbe an der Spitze aufweisen; dann werden die Rippen des Rohrs über einen geeignet geformten Stopfen derart nachgeformt, daß die Spitzen der V-Kerbe derart gespreizt werden, daß die Spitzen der Rippen breiter sind als die Dicke der Rippe.

Der Winkel der V-Kerbe vor der Deformierung liegt zwischen 60 und 140 und wird währenc
formten Stopfen vergrößert.

60 und 140 und wird während der Nachformung über den vorge-

Der Nachformungsschritt wird vorzugsweise auf einer Ziehbank ausgeführt, obwohl er auch durch Gesenkverformung erfolgen könnte.

Wenn das Rohr zur Herstellung von Elektromotor-Kommutatoren verwendet wird, wird ein langes Rohrstück mit nachgeformten Rippen in Abschnitte von ungefähr der Länge eines Kommutators zerschnitten, dann wird eine Wellenhülse in jeden Rohrabschnitt eingefügt und der Ringraum zwischen der Wellenhülse und dem Rohr wird mit Kunststoffmaterial gefüllt. Das Rohr wird dann in Längsrichtung zwischen den Rippen zerschnitten, um einzelne Kommutatorstäbe zu bilden, die fest in dem Kunststoffmaterial verankert sind, und zwar aufgrund der Spreizung der Spitzen der V-Kerbe in den Rippen.

Durch die Erfindung wird also ein Verfahren zur Nachformung der Rippen eines Rippenrohrs geschaffen. Bei diesem Verfahren wird zuerst ein Rohr mit einer Vielzahl von inneren Längsrippen gebildet, wobei an den Spitzen der Rippen jeweils eine V-Kerbe vorgesehen ist; danach werden die Rippen des Rohrs auf

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einem geeignet geformten Stopfen mit großer Länge nachgeformt, um die Spitzen der V-Kerbe derart zu spreizen, daß die Spitzen der Rippen breiter sind als die Dicke der Rippe.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Rohrs, das eine Vielzahl von inneren Längsrippen mit einer V-Kerbe an der Spitze der Rippe aufweist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Dorn zur Herstellung der Rippen des in der Fig. 1 gezeigten Rohrs;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Dorns der Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den beim Nachformen des Rohrs der Fig. 1 verwendeten Stopfen;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des in der Fig. 4 gezeigten Stopfens; und

Fig. 6 einen Querschnitt des mittels des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Stopfens nachgeformten Rohrs.

In der Zeichnung ist ein vorzugsweise aus Kupfer gefertigtes Rohr 10 dargestellt, welches eine Vielzahl von inneren Rippen 12 aufweist, wobei an den Spitzen der Rippen eine V-förmige Kerbe 14 geformt ist.Das Rohr 10 kann in Abhängigkeit von der Anwendung unterschiedliche Anzahlen von Rippen aufweisen. Wenn das Rohr zur Herstellung von Kommutatoren für Elektromotore verwendet wird, ist die Anzahl der Rippen von der Anzahl der Kommutatorstäbe abhängig. Die Rippen 12 können durch eine Reihe von bekannten Metallbearbeitungsverfahren gebildet werden, wie beispielsweise Extrudieren, Ziehen oder Kaltformen (Gesenkformen) ; das Gesenkformen wie in US-PS 3 422 518 beschrieben, ist

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das bevorzugte Verfahren. Das Rohr 10 kann in beliebiger Länge vorliegen, es wird jedoch normalerweise vielfach langer sein als die Länge des letztlich hergestellten Kommutators.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den zur Herstellung des in der Fig. 1 dargestellten Rohrs 10 verwendeten Dorn. Der Dorn weist eine Vielzahl von Nuten 16 entsprechend der Anzahl von Rippen 12 auf. Der Winkel des V-förmigen Vorsprungs 18 in der Nut beträgt vorzugsweise etwa 60°, obwohl der Vorsprung irgendeinen Winkel im Bereich von 60 bis 140 aufweisen kann. Beim Kaltformen des Rohrs durch Gesenkformen wie in dem vorstehend genannten US-Patent beschrieben, wird der Dorn in ein glattes Rohr eingeführt und das Rohr wird auf der Außenseite gehämmert, bis schließlich das Metall die Nuten 16 gefüllt hat, so daß die Rippen entstehen. Während dieses Vorgangs wird die Querschnittsfläche des ursprünglich glatten Rohrs um einen Faktor vermindert, der im Bereich von 1,75 bis 3,25 liegt, und zwar in Abhängigkeit von der herzustellenden Gestaltung.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Ziehstopfen bzw. Ziehdorn, der zur Nachformung bzw. Umformung des Rohrs in die in der Fig. 6 gezeigte Gestalt verwendet wird. Das Rohr wird/einen Ziehvorgang umgeformt, obwohl diese Umformung auch durch Gesenkformen erfolgen könnte. Der Ziehstopfen weist einen Führungsteil 20 auf, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs, so daß das Rohr leicht über den Führungsteil des Ziehstopfens gleiten kann; überdies weist der Ziehstopfen einen Verformungsteil 22 auf, dessen Durchmesser derart gewählt ist, daß er eine vorbestimmte Reduzierung der Querschnittsfläche des Rohrs herbeiführt. Diese Reduzierung kann irgendeinen gewünschten Wert bis zu 45 % aufweisen. Der Ziehstopfen weist eine Vielzahl von Nuten 24 auf, entsprechend der Anzahl der in einem Rohr nachzuformenden Rippen. Die Breite der Nuten steht in Beziehung zu dem gewünschten Deformationsmaß der Spitze der Rippen. Der Winkel des Vorsprungs 26 in der Nut 24 ist ebenfalls geringfügig größer als der Winkel des Vorsprungs 18 im Dorn der Fig. 2 und 3; in Abhängigkeit von der gewünschten Deformation liegt dieser Winkel vorzugsweise im

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Bereich von 60 bis 140°,

Im Betrieb wird der Stopfen in ein umzuformendes Rohr derart eingesetzt, daß die Rippen des Rohrs in den Nuten 24 des Stopfens ruhen. In dieser Position liegen die V-förmigen Kerben 14 ebenfalls auf den VorSprüngen 26 in den Nuten 24 des Stopfens, welche als Ausrichtungsführungen dienen. Das Rohr wird dann durch eine das Rohr und den Stopfen umgebende Form gezogen, während der Stopfen durch bei 28 in das Ende des Stopfens eingeschraubte oder anderweitig befestigte Mittel stationär gehalten wird. Dadurch werden die Spitzen jeder V-förmigen Kerbe gespreizt, wie es bei 30 in der Fig. 6 dargestellt ist.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das vorstehend beschriebene Verfahren im Vergleich zu dem aus US-PS 3 987 539 bekannten Verfahren große Vorteile aufweist, die vor allem darauf beruhen, daß ein Ziehstopfen verwendet wird, der einen Führungsteil 20 aufweist, welcher sicherstellt, daß die Rippen stets in perfekter Ausrichtung mit den nachformenden Nuten 24 gehalten sind. Zusätzlich bildet die V-förmige Kerbe in den Rippen einen geschwächten Teil, der sicherstellt, daß die Rippen symmetrisch deformiert werden. Dies ist bei der Herstellung von Kommutatorstäben sehr wichtig, um eine gute Verankerung der Stäbe herbeizuführen. Wenn die Rippenspitzen nicht ordentlich nachgeformt werden, ergeben sich viele unbrauchbare Teile oder es wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß sich in Betrieb ein Kommutatorstab aufgrund der bei hoher Drehzahl des Kommutators ausgeübten Zentrifugalkräfte löst, so daß ein Ausfall am Einsatzort erfolgt. Das erfindungsgemäße Nachformungsverfahren stellt auch eine runde glatte Außenoberfläche des Rohrs 10 sicher, da der Stopfen eine Außenfläche 32 (Fig. 5) aufweist, die in Berührung mit der Wand 34 (Fig. 6) zwischen den Rippen steht, so daß verhindert wird, daß die Wand zwischen den Rippen während des Nachformungsvorgangs aufgrund des Hindurchziehens durch eine Form abgeflacht wird.

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Wenn das Rohr zur Herstellung von Kommutatorstäben verwendet wird, wird es in eine Vielzahl von kurzen Rohrabschnitten zerschnitten. Jeder Rohrabschnitt wird dann mit einer Wellenhülse konzentrisch in eine Kunststoff-Formungsmaschine eingebracht und es wird Kunststoff zwischen den Rohrabschnitt und die Wellenhülse unter Hitze und Druck eingepreßt, wie es beispielsweise in US-PS 3 987 539 beschrieben ist. Die gespreizten Spitzen der V-Kerben-Rippen werden fest in das Kunststoffmaterial eingebettet, so daß nach dem Schneiden des Rohrs in Längsrichtung zwischen den Rippen zur Herstellung der Kommutatorstäbe diese Stäbe fest in der Masse des Kunststoffmaterials verankert sind.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgeformtes Rippenrohr kann auch für andere Anwendungen als die Herstellung von Kommutatorstäben vorgesehen werden. Es kann beispielsweise zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche der Rippen verwendet werden, um die Wärmeübertragungseigenschaften des Rohrs zu verbessern. Auch für gewisse Anwendungen bei Wärmeübertragungsrohren kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden, wenn es erwünscht/,daß der Abstand zwischen den Rippen am Eingang der Nuten kleiner ist als am Boden der Nuten, so daß die Pumpleistung erhöht wird, ohne die Wärmeübertragungskapazität des Rohrs zu vermindern.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1.)Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohrs, dadurch g e kennzeichnet , daß ein Rohr mit einer Vielzahl von inneren Längsrippen geformt wird, wobei die Spitzen der Rippen eine V-Kerbe aufweisen, daß dann die Spitzen der Rippen des Rohrs über einem entsprechend geformtem Stopfen nachgeformt werden, daß der Stopfen einen Führungsteil aufweist, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs, sowie einen Verformungsteil, dessen Durchmesser derart gewählt ist, daß eine vorbestimmte Reduzierung der Querschnittsfläche des Rohrs herbeigeführt wird, daß der Stopfen eine Vielzahl von Nuten entsprechend der Anzahl der in dem Rohr nachzuformenden Rippen aufweist, daß sich die Nuten in Längsrichtung durch den Führungs- und Verformungsteil erstrecken, daß die Nuten einen Unterschnitt mit einer Breite aufweisen, die mit dem gewünschten Betrag der Deformierung der Spitzen der Rippen verknüpft ist, sowie ü-förmige VorSprünge am Boden, die mit den V-förmigen Kerben

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im Führungsteil des Stopfens in Eingriff treten, um eine perfekte Ausrichtung der Rippen mit den deformierenden Nuten sowie eine symmetrische Aufteilung der Spitzen der U-förmigen Kerben sicherzustellen, so daß die Spitzen der Rippen breiter werden als die Dicke der Rippe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der V-Kerbe in den Rippen vor der Deformierung im Bereich zwischen 60 und 140 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachformungsschritt auf einer Ziehbank durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zur Herstellung von Elektromotor-Kommutatoren verwendet wird, daß dazu das Rohr in Abschnitte zerschnitten wird, die etwa der Länge eines Kommutators entsprechen, daß eine Wellenhülse in jeden Rohrabschnitt eingesetzt wird, daß der Ringraum zwischen der Wellenhülse und dem Rohr mit Kunststoffmaterial gefüllt wird, und daß das Rohr in Längsrichtung zwischen den Rippen geschlitzt wird, um einzelne Kommutatorstäbe zu bilden, die fest in dem Kunststoffmaterial verankert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr über einem Dorn geformt wird, der eine Vielzahl von Nuten mit einem umgekehrt V-förmigen Vorsprung am Grund aufweist, so daß die V-förmigen Kerben an der Spitze der Rippen erzeugt werden.

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